基于DSP的PC加密卡没计方案
在本文中，基于ti公司研发的高性能dsp如果应用在pc加密卡中，不失为一种有效的保密方法。
作为一种有效的网络安全解决方案，加密卡应当具有的功能如下：
(1)使用密码算法对数据进行加密和解密，密码算法应当多种多样以便更换、定期升级解决硬件难以变动的缺点，减少用户投资。
(2)应保护存储证书、密钥以及重要的数据，主密钥及重要的密钥应受到额外的保护，这种保护强度应超过其他通常的软件。
(3)与主机、外围设备和系统软件有一个良好的接口，使用户还有研发升级软件的空间。
这些功能决定了pc加密卡的设计和目标的基本结构。
1 pc加密卡的基本结构
本文介绍的pc加密卡主要由dsp芯片、计算机总线接口(pci)、板上的flash rom、随机数生成模块和外部设备接口等组成。ti全新dsp tm s320c6x系列功能强，速度非常快，但价格过高，不适合应用于一般的加密和解密。中等性能的tms320c54x系列，成本低，产品成熟，是一个更好的选择。在本文中的pc加密卡以tms320c54x dsp为主cpu来实现加密算法的运算，很大程度上减轻了计算机cpu的计算负担，提高整体运算速度。又因为系列dsp产品具有hpi接口，因此可以很容易地实现dsp与pci总线之问的连接。所以该加密卡就需要在pci总线平台上开发实现。
为了减少产品的开发时间和成本，以及获得更好的数据传输性能，通常使用通用pci接口芯片。考虑到tms320c54x 3.3 v低电压的运行环境与未来dsp的发展方向，plx公司的pci9054芯片是最好的选择。其两者的外围信号都是3.3 v电压。
另外采用flash rom作为外部储存介质，存储所有的加密算法、主控程序和密钥管理程序，构成与dsp之间的密码算法运算和重要数据的存储平台。具体使用amd公司512 kb的29lv040，选择此规格的原因：第一符合3.3 v的运行环境;第二除了存储程序外，依据容量还可存放数千个1 024 b的公钥或密钥，满足了更多通信系统安全的需要。图1是加密卡的基本框图。
2 pc加密卡的设计
虽然现在pc机的cpu运行速度越来越快，但加密和解密是一个极为复杂的过程，需要大量的科学计算霸占cpu的时间，这样会使cpu运行负荷，从而导致计算机系统的性能下降，其他方面工作的处理能力也会变得极为缓慢。而pc加密卡是一种专为加密和解密设计的硬件，配备专业的dsp信号处理芯片来专一地进行加解密的科学计算，分担了cpu的处理运算强度，提高了加解密的速度和pc的性能。c54x系列的dsp芯片目前拥有主频高达500 mhz或以上超快速度，计算能力也可以实现200 mips的水平，并且有望进一步提高，使用c54x系列产品的另一个优势是它们采用同一套指令集，这就意味着有很好的软件兼容性，无需反复更新。
加密卡能够成功实现就依赖与上述各模块之间的协调工作。当系统启动时，dsp与flash rom之间构成密码算法运算和重要数据存储的平台，dsp从flash rom中调入预先设定好的加密算法和主控程序，并接收主机送来的指令和数据，由主控程序调入相应的加密算法程序，对数据进行加密或解密处理后，最终的数据由主机通过pci接口芯片读出。
3 加密卡的功能描述
本pc加密卡所实现的主要功能有：
数据加密解密功能 这是pc加密卡所具有的最基本的功能。加密卡目前封装了des，aes等对称加密算法，rsa等非对称公钥算法，以及md5等hash算法。des是使用最广泛的密钥系统，特别是用在保护金融数据的安全中，该加密算法具有应用广、速度快的优点。aes作为新一代的数据加密标准，汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点，具有良好的应用前景。而md5作为hash算法，特点在于它是一种单向算法，用户可以通过hash算法对目标信息生成一段特定长度的惟一的hash值，却不能通过这个hash值重新获得目标信。因此hash算法常用在不可还原的密码存储、信息完整性校验等。
数字签名与认证功能 主要利用rsa算法模块来实现。它是第一个既能用于数据加密也能用于数字签名的算法，易于理解和操作，也很流行。rsa是目前最有影响力的公钥加密算法，能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被iso推荐为公钥数据加密标准。经历了各种攻击，至今未被完全攻破。该算法特别适合在商业和金融业中的应用，为满足多方面的要求，在卡中实现了签名和认证功能。
密钥管理功能 密钥是加密与解密的核心，密钥的产生、保存、分配、修改与删除必须有一个完善的管理体系。而加密卡中的随机数生成模块便是完成这项任务的关键。该模块可以利用物理噪声源产生一个真正的随机数，这就保证了一切密钥都是在加密卡内部完成的，并且都是通过加密卡加密后才与外部进行交换。外界软件和系统只能得到其中的公钥，而无法得到私钥的任何信息，保证密钥的安全。
4 pci9054简介
本文设计的pc加密卡，对接口芯片pci9054的理解，涉及到产品的成败，下面对pci9054的结构和功能进行简要的介绍。
pci9054是美国plx公司生产的一种功能强、灵活性大，并且符合pci v2.2规范的32位33 mhz总线接口控制器，它的出现使原本复杂化的pic接口应用设计变得简单明了，成为目前使用最广泛的pci接口芯片之一，能够轻松实现tms320c54x系列dsp的hpi接口与pci总线之间的无缝连接。作为pci目标设备，其传输速率最高可达132 mb/s。图2显示了pci9054的内部结构框图。
从整体看，pci9054共提供了三个对外接口：pci总线接口、llocal总线接口和e2prom接口。pci9054可看做是一种“桥接”芯片，完成dsp与pc之间数据和信息传递。另外，pci9054具有可选的串行e2prom接口，用来存放配置信息，完成启动时9054板卡的“热插拔”功能。
pci9054内部有6个fifo，分别作为三种数据传输模式的读/写数据通道，这些fifo最主要的作用是使local总线与pci总线的操作相互独立完成，以及使pci9054拥有零等待突发传输的能力。也是实现pci9054同步的local总线与c54x异步的hpi接口之间信号逻辑转换的必备元素。local总线工作速率最高可达50mhz。
4.1 pci9054配置寄存器
pci9054有5个内部寄存器：pci配置寄存器、本地配置寄存器、运行寄存器、dma寄存器组、消息队列寄存器等，是非常繁琐和复杂的。要想成功完成pci9054的控制，就需要很好地理解与控制一些关键的寄存器。图3为pci9o54配置寄存器的信息。
pci9054提供了一个256 b支持即插即用功能的兼容pci标准配置空间。pci9054的配置寄存器配置的读取和写入，通常通过bios支持的pci总线的中断调用来实现。bios中断调用，获取总线和单元号，进行配置的读写;配置hpi csr的基址寄存器，以访问hpicsr的地址;配置控制空间基地址寄存器，配置命令寄存器生产相应对的pci周期。
4.2 pci9054与dsp之间的传输过程
当pci9054配置成功后，便可通过dsp芯片的hpi接口进行pc与dsp之间的数据传输。步骤如下：首先清除hpi的复位寄存器，pci9054解析由pci总线传来的新地址匹配控制空间寄存器的值，选取将要通信的dsp芯片。接着主机发起hpi控制寄存器的bob和hwob位，选择正确的字节定位，主机加载hpi地址寄存器，dsp便完成了一次完整的hpi存储器的访问，数据被放置在hpi数据寄存器里，最后主机从hpi数据寄存器里读写数据。由此便完成了pc与dsp之间数据的传输。
5 结语
本文介绍了一种新型基于dsp技术上的pc加密卡没计方案及原理，具有成本低、性能高、操作简便等特点，是抵抗网络信息危险与黑客窃密的有力武器，由于其各方面性价比的优势，适用于个人、企业、军队等广泛领域，是保证信息安全必不可少的元素，具有广阔的应用前景。
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(1)使用密码算法对数据进行加密和解密，密码算法应当多种多样以便更换、定期升级解决硬件难以变动的缺点，减少用户投资。
(2)应保护存储证书、密钥以及重要的数据，主密钥及重要的密钥应受到额外的保护，这种保护强度应超过其他通常的软件。
(3)与主机、外围设备和系统软件有一个良好的接口，使用户还有研发升级软件的空间。
这些功能决定了pc加密卡的设计和目标的基本结构。
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本文介绍的pc加密卡主要由dsp芯片、计算机总线接口(pci)、板上的flash rom、随机数生成模块和外部设备接口等组成。ti全新dsp tm s320c6x系列功能强，速度非常快，但价格过高，不适合应用于一般的加密和解密。中等性能的tms320c54x系列，成本低，产品成熟，是一个更好的选择。在本文中的pc加密卡以tms320c54x dsp为主cpu来实现加密算法的运算，很大程度上减轻了计算机cpu的计算负担，提高整体运算速度。又因为系列dsp产品具有hpi接口，因此可以很容易地实现dsp与pci总线之问的连接。所以该加密卡就需要在pci总线平台上开发实现。
为了减少产品的开发时间和成本，以及获得更好的数据传输性能，通常使用通用pci接口芯片。考虑到tms320c54x 3.3 v低电压的运行环境与未来dsp的发展方向，plx公司的pci9054芯片是最好的选择。其两者的外围信号都是3.3 v电压。
另外采用flash rom作为外部储存介质，存储所有的加密算法、主控程序和密钥管理程序，构成与dsp之间的密码算法运算和重要数据的存储平台。具体使用amd公司512 kb的29lv040，选择此规格的原因：第一符合3.3 v的运行环境;第二除了存储程序外，依据容量还可存放数千个1 024 b的公钥或密钥，满足了更多通信系统安全的需要。图1是加密卡的基本框图。
2 pc加密卡的设计
虽然现在pc机的cpu运行速度越来越快，但加密和解密是一个极为复杂的过程，需要大量的科学计算霸占cpu的时间，这样会使cpu运行负荷，从而导致计算机系统的性能下降，其他方面工作的处理能力也会变得极为缓慢。而pc加密卡是一种专为加密和解密设计的硬件，配备专业的dsp信号处理芯片来专一地进行加解密的科学计算，分担了cpu的处理运算强度，提高了加解密的速度和pc的性能。c54x系列的dsp芯片目前拥有主频高达500 mhz或以上超快速度，计算能力也可以实现200 mips的水平，并且有望进一步提高，使用c54x系列产品的另一个优势是它们采用同一套指令集，这就意味着有很好的软件兼容性，无需反复更新。
加密卡能够成功实现就依赖与上述各模块之间的协调工作。当系统启动时，dsp与flash rom之间构成密码算法运算和重要数据存储的平台，dsp从flash rom中调入预先设定好的加密算法和主控程序，并接收主机送来的指令和数据，由主控程序调入相应的加密算法程序，对数据进行加密或解密处理后，最终的数据由主机通过pci接口芯片读出。
3 加密卡的功能描述
本pc加密卡所实现的主要功能有：
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从整体看，pci9054共提供了三个对外接口：pci总线接口、llocal总线接口和e2prom接口。pci9054可看做是一种“桥接”芯片，完成dsp与pc之间数据和信息传递。另外，pci9054具有可选的串行e2prom接口，用来存放配置信息，完成启动时9054板卡的“热插拔”功能。
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